專利名稱：超分辨光學讀取頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及超分辨光學，與光盤有關，特別是一種在橫向能突破衍射極限的超分辨光學讀取頭。
背景技術：
隨著信息存儲和傳輸量要求的日益增加，尤其是高清時代的來臨，能在單張光盤實現8G以上存儲密度的光盤技術成為迫切需求。對于盤片而言，縮小道間距及信息坑大小可以提高存儲密度。而對于光學讀取頭則必須縮小聚焦光斑尺寸。這就要求光學讀取頭采用更短的激光波長(λ)和具有更高的數值孔徑(NA)的聚焦物鏡。由瑞利衍射理論可知，焦斑的尺寸為D＝λ/2NA。但是受光源的限制，波長的減小有限，而采用物鏡的數值孔徑的增大會帶來諸如像差容限苛刻，工作距離更小，伺服更加困難等問題。著名的兩大存儲陣營HDDVD和BD的方案都是沿著這個思路，采用藍光激光器并提高NA。但其高價格卻影響其市場普及進程。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的弊端，提供一種超分辨光學讀取頭，以較低的成本實現8G以上的讀取密度。
本發明的基本思想是將一位相板放在DVD光學頭的準直光路中聚焦物鏡的前焦面處，利用位相板改變準直光的振幅與位相分布，利用光學變跡效應(apodization)在物鏡的后焦面獲得更小的成像光斑，從而能讀取超高密度光盤。
本發明的技術解決方案如下一種超分辨光學讀取頭，包括一DVD光學頭，其特點是在該DVD光學頭的準直光路中的聚焦物鏡的前焦面加入一位相板，該位相板的中心與所述的聚焦物鏡的中心對準。
所述的位相板由內圓、內環和外環構成，該外環的最大半徑與聚焦物鏡的半徑相當，歸一化后，所述的位相板的內圓、內環和外環的最大半徑依次為a、b、1，位相分別為0、Φ、0，內圓最大半徑a＝0.167、內環最大半徑b＝0.43，外環最大半徑為1，且內環的位相Φ＝0.8π。
所述的聚焦物鏡和位相板由一卡匣固定在所述的光學頭的力矩器部分。
所述的DVD光學頭的力矩器部分，即物鏡循軌和聚焦的執行機構，稱為ACT。因為該位相板須與物鏡保持精確中心對準，而物鏡工作時是活動的，只有在ACT中才能保證這一點。
本發明超分辨光學頭在專用的光學頭評價儀上測試，表明各項電指標尤其是抖晃(Jitter)和焦散(Defocus)值都在合理范圍之內。另外該光學頭的成像光斑大小還用帶CCD的顯微鏡接收系統檢測，證實了80％的光斑壓縮效果。從而在DVD系統中加入位相板能使讀取密度提高到D＝4.7/(0.8)2＝7.34G，若對編碼方式加以改進則該超分辨光學頭有望讀取8G及以上的高密度光盤。若采用更高數值孔徑的物鏡，可輕松實現15G的存儲密度讀取。
圖1是本發明超分辨光學讀取頭的光路示意2是本發明采用的純位相型三段式光瞳濾波器的結構3是本發明位相板的主視圖和側視4是本發明卡匣的俯視圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
請參閱圖1，圖1是本發明超分辨光學讀取頭的光路示意圖圖中1是激光二極管光源，2是光柵，3是分束棱鏡，4是準直鏡，5是反射鏡，6是位相板，7是卡匣，8是聚焦物鏡，9是光盤，10是光探測器。由圖可見，本發明超分辨光學讀取頭的構成包括具有準直光路的DVD光學頭，特點是準直光路中在聚焦物鏡8的前焦面上加設一位相板6。所述的位相板6和聚焦物鏡8由卡匣7夾持，該卡匣7能保證位相板與物鏡精確中心對準，且保持較高的平行度。所述的卡匣7的結構見圖4，11是其外邊框，12是其內框，13是內壁平臺，可把位相板放于其上，并能保證平行，14是內壁平臺13內的通光口，能使光透過13到達聚焦物鏡8上。所述的位相板的設計、加工和安放是本發明的關鍵點。
本發明采用的位相板的結構見附圖2。各參數經優化后得到，在其外環的歸一化半徑為1時，內環半徑a＝0.167、b＝0.43，且中間環的位相Φ＝0.8π，內圓與外環的位相均為Φ＝0。圖3是本發明位相板的主視圖和側視圖。
位相板的超分辨行為通常用如下一些量來描述斯特列爾比(S)，半寬比(HWR)和旁瓣強度比(SIR)。斯特列爾比(S)指加位相板后的焦斑峰值強度與相應的未整形焦斑峰值強度之比。半寬比(HWR)，指超分辨圖樣主瓣的半寬度與艾里斑半寬度之比。旁瓣比(SIR)被定義為最大旁瓣強度與主瓣強度之比。這里要求位相板具有高的S和低的HWR及SIR。本位相板的光斑壓縮效果斯特列爾比S＝80％，旁瓣強度比SIR＝11.1％，半寬比HWR＝57％。
本發明的位相板不僅可用于DVD光學頭中，還可以應用于HDDVD光學頭中，甚至可以作為顯微成像及投影光刻設備中提高分辨率的一種有效手段。雖然已結合優選實施例說明了本發明，但顯然本領域的技術人員在不脫離所附的權利要求書所限定的構思和范圍的前提下，能對本發明的具體細節做出各種改變。如可以改變位相板的不同刻環的相位、相對半徑等，可以得到更高超分辨效果的位相板，當然前提是SIR不能太高。
所述位相板6的最大刻環半徑應與聚焦物鏡8的通光孔徑匹配，本發明所述位相板6的實施例，由于聚焦物鏡8的有效孔徑是3.66mm，從而可確定內環半徑為a＝0.611mm、b＝1.574mm。本發明采用光學頭的半導體激光器1波長為λ＝650nm，則位相板的刻蝕深度為d＝0.503μm。位相板的制備采用光刻技術，它需要先制作相應的掩膜板。本發明采用的位相板6是厚度為0.75mm的K9玻璃(透射率0.92，反射率0.08)，制得若干塊帶衍射刻環的玻璃片，然后將其加工成特定的尺寸大小，恰好放于ACT中的預定位置，再點膠固定，用紫外光固化。
為了保證位相板刻環中心與物鏡中心對準，需要設計一種卡匣7，它能將位相板6和物鏡7同時固定，且保證中心對準和保證位相板6在物鏡8的前焦面上。該卡匣最好是與ACT中的磁力線圈合為一體，這樣能簡化元件個數。該卡匣7的俯視圖見圖4，其邊框11尺寸為8.3mm×5mm。聚焦物鏡8可以固定于卡匣7中內壁平臺13的后面，而位相板6放于內壁平臺13的前面。該卡匣7的特殊之處在于其邊框內部的內壁平臺13，它能讓光束保持3.66mm的孔徑，同時又能將位相板6放置于其上，且能有效保證平行要求。將位相板6放于卡匣7中的關鍵在于將玻璃板加工成6.4×4.2的長方形，且嚴格保證衍射刻環的圓心是玻璃板的幾何中心。
本發明得到的超分辨光學頭在專用的光學頭評價儀上通過測試，其各項電指標尤其是Jitter和Defocus值都在合理范圍之內Jitter值在6-8之間，Defocus值在-5％-+5％之間，說明旁瓣效應不十分明顯。另外該光學頭的成像光斑大小還用帶CCD的顯微鏡接收系統檢測，證實了80％的光斑壓縮效果。因而能在現有DVD光學頭基礎上讀取單面密度達8G甚至更高的超高密度光盤。
權利要求
1.一種超分辨光學讀取頭，包括一DVD光學頭，其特征是在該DVD光學頭的準直光路中的聚焦物鏡(8)的前焦面加入一位相板(6)，該位相板(6)的中心與聚焦物鏡(8)的中心對準。
2.根據權利要求1所述的超分辨光學讀取頭，其特征在于所述的位相板(6)由內圓、內環和外環構成，該外環的最大半徑與聚焦物鏡(8)的半徑相當，歸一化后，所述的位相板(6)的內圓、內環和外環的最大半徑依次為a、b、1，位相分別為0、Φ、0，內圓最大半徑a＝0.167、內環最大半徑b＝0.43，外環最大半徑為1，且內環的位相Φ＝0.8π。
3.根據權利要求1所述的超分辨光學讀取頭，其特征在于所述的聚焦物鏡(8)和位相板(6)由一卡匣(7)固定在所述的DVD光學頭的力矩器部分。
全文摘要
一種超分辨光學讀取頭，包括一DVD光學頭，其特點是在該DVD光學頭的準直光路中的聚焦物鏡的前焦面加入一優化設計的位相板，該位相板的中心與所述的聚焦物鏡的中心對準。本發明超分辨光學讀取頭的光斑壓縮比可達80％，還具有較小的旁瓣干擾，因而能在現有DVD技術基礎上讀取單面密度達8G甚至更高的超高密度光盤。
文檔編號G11B7/135GK101067943SQ200710041249
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月25日 優先權日2007年5月25日
發明者周輝, 王莎莎, 阮昊, 周常河 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所